阴离子交换树脂对玉米秸秆蒸汽爆破预处理液的选择性脱毒

分别以糖-酸-醛模拟液和玉米秸秆蒸汽爆破预处理液为实验材料,比较了4种典型的阴离子交换树脂的选择性交换吸附脱毒性能,从中筛选出大孔型苯乙烯系阴离子交换树脂D301。D301树脂可以选择性地吸附脱除模拟液大部分酸类和呋喃醛类抑制物,但几乎不吸附糖类。其中,酸类的交换吸附符合Freundlich多分子层等温吸附特征,而糖类和呋喃醛类符合Langmuir单分子层吸附特征。在玉米秸秆蒸汽爆破预处理液中,D301树脂仍然保持对酸和呋喃醛类抑制物的选择性交换吸附性能,但是受未知成分杂质的复杂交换作用的影响和干扰,它对酸类和糠醛类抑制物的总脱除率由70.2%显著下降至44.5%,降幅达36.6%;而对单糖类的吸附率由1.2%大幅急剧提高至25.5%～37.9%,增幅达20～31倍;低聚木糖和低聚葡萄糖的吸附率分别达到13.7%和10.6%。采用减压蒸发浓缩与树脂吸附相结合联合脱毒方法可脱除69.1%和94.4%的酸类和醛类,脱除75.4%色素类和33.9%木质素分解物质,同时造成糖类损失16.3%。联合脱毒方法可以有效提高玉米秸秆蒸汽爆破预处理液的发酵生产性能,但是距离工业化发酵生产水平的差距仍然较大,仍需要针对木质纤维原料预处理体系的脱毒技术开展更加广泛和深入的研究工作。     

稀酸预处理玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物的来源探究

针对己糖(葡萄糖)、戊糖(木糖)共发酵产纤维素乙醇抑制物控制的关键性瓶颈,分别以玉米秸秆及玉米秸秆中非木质素的4类组分纤维素、半纤维素、热水提取物和乙醇提取物为原料,并以0.75%稀硫酸和180℃预处理40 min得到5种稀酸预处理液。以60 g/L葡萄糖和30 g/L木糖为碳源,分别添加上述稀酸预处理液,比较了5种预处理液对休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)共发酵产乙醇的影响,并探究主要抑制物来源。结果表明:133 g/L全玉米秸秆稀酸预处理的降解物会完全抑制C.shehatae糖代谢和共发酵。在玉米秸秆稀酸预处理过程中,4类非木质素组分降解物均会导致乙醇得率下降,其中100 g/L纤维素降解物完全抑制木糖的发酵,半纤维素降解物同时抑制葡萄糖和木糖的发酵,甚至对酵母产生致死毒性,热水提取物和乙醇提取物降解物延滞糖利用和酵母生长。玉米秸秆共发酵产乙醇抑制物主要来自于纤维素和半纤维素在稀酸预处理中的降解反应,主要为甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛和糠醛,同时还存在着其他降解产物的毒性或协同毒性。     

稀酸蒸汽爆破玉米秸秆预水解液的脱毒及乙醇发酵

以水洗稀酸蒸汽爆破玉米秸秆(ASC)得到的预水解液为原料,分析了ASC预水解液中可发酵性糖、碳水化合物降解产物和主要木质素降解产物的含量,研究了ASC预水解液乙醇发酵性能、3种脱毒方法对预水解液进行脱毒及乙醇发酵性能。研究结果表明,ASC预水解液中可发酵糖类主要含有木糖(49.50 g/L)及少量葡萄糖(9.80 g/L),可用于发酵制备乙醇,但含有大量抑制物不利于乙醇发酵,发酵60 h时的糖利用率和乙醇得率分别仅有87.96%和74.63%。ASC预水解液经过乙酸乙酯萃取、酵母吸附和亚硫酸钠处理3种方式脱毒后乙醇发酵性能均得到较大改善:经乙酸乙酯萃取脱毒后发酵36 h时的糖利用率和乙醇得率分别为95.40%和90.71%;经酵母吸附脱毒后发酵48 h时的糖利用率和乙醇得率分别为97.83%和81.98%;经亚硫酸钠处理脱毒后发酵48 h时的糖利用率和乙醇得率分别为95.55%和84.74%。虽然乙酸乙酯萃取脱毒效果最佳,但从工业应用前景来看,酵母吸附和亚硫酸钠处理是最佳选择。     

杨木稀酸预处理液木糖发酵产乙醇工艺条件的研究

以1.0%H2SO4在150℃预处理杨木屑20 min可水解溶出66.5%木聚糖和7.1%葡聚糖,生成以木糖为主、含有乙酸和甲酸等发酵抑制物的预处理液,脱毒后可采用Candida shehatae R发酵产乙醇,而Pichia stipitisNL23不能生长。减压蒸发加石灰中和法对预处理液的脱毒效果最佳,可脱除70.0%乙酸和40.0%甲酸,糖损失仅为5.0%~6.0%,C.shehataeR的耗糖率和乙醇得率可达到93.2%和83.6%。采用廉价的无机盐能够满足C.shehataeR发酵脱毒液的营养要求。由于包括乙酸和甲酸以外其它毒性物的抑制,C.shehataeR发酵脱毒液的适宜糖质量浓度为30.0 g/L,发酵12 h,耗糖率和乙醇得率为84.7%和75.3%,乙醇质量浓度达到最高值8.54 g/L,同时生成6.08 g/L木糖醇,C.shehataeR对木糖的利用未受葡萄糖的抑制。     

洗涤模式对蒸汽爆破玉米秸秆脱毒的影响

采用3种洗涤模式对蒸汽爆破预处理玉米秸秆进行脱毒,研究了其酶水解液的乙醇发酵性能,比较了不同用水量下逆流洗涤蒸汽爆破玉米秸秆酶水解液的乙醇发酵性能.结果表明,逆流洗涤脱除主要发酵抑制物的效果最好,批式分次洗涤效果次之,批式洗涤效果最差,3种洗涤方式对主要发酵抑制物乙酸的脱除率分别为100％、92.27％和77.66％.蒸汽爆破玉米秸秆经固液比1∶7.5(g∶ mL)逆流洗涤、酶水解和水解糖液浓缩后被酿酒酵母发酵24 h,糖利用率97.58％,乙醇得率93.74％.     

疏水性离子液体[C_4mim][PF_6]对木质纤维预水解液的脱毒作用

将稀酸蒸汽爆破预处理后的玉米秸秆进行预水解,以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C_4mim][PF_6])萃取脱除预水解液中的抑制物,并对萃取脱毒条件进行优化,进一步分析了离子液体的脱毒效果。研究结果表明,最佳萃取条件为:水油相体积比1∶2、35℃、250 r/min下萃取60 min。在此条件下,水解液中的主要抑制物甲酸、乙酸、乙酰丙酸、5-羟甲基糠醛、糠醛和总酚的去除率分别达到24.72%、21.84%、47.99%、82.76%、100%和39.70%,且可发酵性糖几乎无损失。通过对主要抑制物与离子液体脱毒性能分析可知,随着离子液体[Cnmim][PF6](n=4,6,8)中阳离子烷基碳链增长,离子液体对抑制物萃取能力下降;抑制物疏水性越强,与离子液体的氢键作用越强,萃取分离效果越好;p H值越低,对抑制物的去除效果越好;乙酸、5-羟甲基糠醛、4-羟基苯甲醛在[C_4mim][PF6]中去除率基本不随抑制物初始质量浓度改变而发生变化。     

甲醛/二氧六环预处理慈竹制单糖及乳酸

以慈竹为原料,研究了甲醛/二氧六环预处理对竹材纤维素酶水解糖得率的影响,并探索了酶水解液发酵生产乳酸工艺。研究结果表明：该预处理可以脱除木质素,大幅提高预处理得到的底物中纤维素的含量,纤维素质量分数可达75.6%～90.7%;预处理后底物酶水解的葡萄糖最高得率为92.8%;酶水解液可以直接用于发酵生产乳酸,葡萄糖转化为乳酸得率可以达73.2%。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪和离子色谱仪等手段分析预处理前后竹材结构的变化情况,发现预处理后竹材表面卷曲,蜡质几乎被完全溶解脱除,结构疏松。     

竹材酶水解制备单糖的预处理研究进展

糖类是生物体的基本营养物质和重要组成成分,糖平台化合物指糖类经生物或化学转化而来的基本化学物质,并可进一步转化为高价值的生物基化学品或材料。利用资源量大、生长周期短的竹材制备单糖,进而开发一系列生物基糖平台化合物,前景广阔。竹材可通过绿色、环保、可持续的生物酶水解工艺制备单糖,其中最关键的步骤是预处理,要求成本合理、废液处理过程简便环保,且木质素能够有效利用。本研究综述近10年来预处理对竹材酶水解制备单糖的影响,从反应机理、底物收率、底物中纤维素含量、酶水解性能和糖降解生成发酵抑制物等角度,概括总结物理法、化学法、物理化学法、共晶溶剂法、有机溶剂法和其他方法等预处理方法的优势和不足。基于绿色高效转化利用的目标,建议竹材预处理制备单糖要综合考虑预处理工艺、生物酶制剂、竹种、竹龄和木质素高值化利用等因素,并提出未来竹材生物炼制技术的研究方向：1）竹材的致密和坚硬结构是影响其高效预处理的重要因素,需探索系统的低耗能破碎方法;2）研发具备廉价、绿色、工艺简便和降解产物少的预处理药剂以及符合竹材结构特性的预处理方法;3）研发竹材木质素高值化利用关键技术与工艺,推进竹材原料全化学组分利用。     

杀菌剂热浴改性对竹材防霉与胶合性能的影响

【目的】为了克服竹材易霉变的缺陷,采用水性杀菌剂对竹材进行热浴改性处理,揭示了改性处理对竹材防霉及胶合性能的影响规律,为研发竹材高效防霉技术提供科学依据。【方法】采用水性异噻唑啉酮衍生物复合杀菌剂（MBI）、异噻唑啉酮衍生物与氨基甲酸酯衍生物复合杀菌剂（DIB）、硼砂硼酸混合物（BB）溶液对竹片进行热浴改性处理,系统研究了改性处理条件对竹材吸液率、失重率、淀粉含量、接触角、竹材防霉和胶合性能、有机杀菌剂循环热浴稳定性的影响规律。【结果】相较于25℃浸泡处理,杀菌剂热浴改性提升了竹材的吸液率、失重率、淀粉脱除率及防霉性能,且有机杀菌剂的防霉效率高于无机杀菌剂,其中DIB与MBI热浴处理竹材对黑曲霉与混合菌（桔青霉和绿色木霉）的防治效力均可达到100%。经杀菌剂热浴处理后,MBI和BB改性处理竹材的表面润湿性降低,胶合性能提升,DIB改性处理竹材的表面润湿性提升,胶合性能基本保持不变,表明杀菌剂热浴改性处理对竹材表面润湿性和胶合性能的影响与杀菌剂的种类相关。经过10次循环热浴处理后,DIB、MBI处理液的抑菌活性下降幅度均不超过30%,表明水性有机杀菌剂的热浴稳定性高。【结论】杀菌剂热浴改...     

玉米秸秆生物炼制燃料乙醇的研究

以玉米秸秆为原料,研究了中酸预处理条件下水洗得到的残渣经酶水解后进行己糖发酵、水洗液经三烷基胺萃取脱毒后进行戊糖发酵的乙醇得率,并对整个工艺进行了物料衡算.结果表明:中酸预处理的最佳条件为温度100℃,硫酸质量分数3％,时间12h.残渣的酶水解液浓缩至葡萄糖质量浓度为138.72g/L进行乙醇发酵,在24 h时糖利用率...     

酸预处理对毛竹酶解糖化的影响

竹子富含纤维素和半纤维素,是生产纤维素乙醇的潜在原料来源。而预处理过程是研究的重点和难点之一。本文以毛竹为原料,研究了微波消解稀酸预处理对其化学组成及其酶水解的影响。结果表明,预处理条件为酸用量为2%(w/w干物质),固液比1∶6,温度180℃,时间30min时,能脱除97.2%的半纤维素。预处理得到的底物在酶用量为纤维素酶20FPU/g纤维素和β-葡萄糖苷酶40IU/g纤维素,水解48h,纤维素水解得到葡萄糖的收率由2.41%(未经预处理)提高到52.72%。酶水解过程中,酸不溶木质素的存在,可导致葡萄糖收率的降低。     

糠醛渣/木薯渣混合底物同步糖化发酵转化乙醇研究

研究了糠醛渣(FR)经不同强度绿液-过氧化氢预处理脱木质素后,与木薯渣(CR)混合进行同步糖化发酵生产乙醇,通过改变原料底物浓度、纤维素酶用量和添加无患子表面活性剂来优化混合底物同步糖化发酵条件,并分析了发酵过程中乙醇和副产物的浓度变化。结果表明,在糠醛渣预处理条件为:底物质量浓度5g/L、温度80℃、H_2O_2用量为0.6g/g、绿液用量为2mL/g(以糠醛渣计)预处理时间3h,在此条件下糠醛渣木质素脱除率可达56.5%。同步糖化发酵产乙醇条件为无患子皂素表面活性剂添加量0.5g/L,纤维素酶用量12FPU/g,纤维二糖酶用量15IU/g,预处理后的糠醛渣与木薯渣混合作底物(质量比为2∶1),底物质量浓度200g/L时,发酵120h最终乙醇质量浓度可达56.6g/L,乙醇得率为86.3%。同步糖化发酵过程中添加无患子皂素表面活性剂不仅降低了纤维素酶用量,还可延缓副产物乳酸的形成,减小甘油生产波动。     

碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽预处理对慈竹转化乙醇得率的影响

慈竹是转化生物质燃料及化学品的理想原料之一。笔者采用优化的碱性亚硫酸盐耦合低压蒸汽爆破(ALS-SE)“一步法”对原料慈竹进行预处理,在脱除木质素的同时,降低碳水化合物的降解,提高转化乙醇的效率。红外光谱分析表明,ALS-SE预处理液体中含有木素磺酸盐,将其回收用作表面活性剂加入同步糖化发酵试验中,能有效降低木质素对酶的无效吸附,改善发酵效率。试验分别研究对比了底物质量分数5%和10%,纤维素酶用量18 U/g-纤维素和24 U/g-纤维素以及ALS-SE预处理液对慈竹转化乙醇的影响。结果表明,“一步法”预处理慈竹可以显著地提高乙醇得率:底物质量分数5%、纤维素酶用量18 U/g-纤维素时“一步法”预处理慈竹乙醇得率达到其理论得率的6322%,相比原料慈竹和低压蒸汽爆破,慈竹的乙醇得率分别提高了118倍和062倍;提高底物质量分数为10%,纤维素酶用量为24 U/g-纤维素,其乙醇得率提高到8214%,加入ALS-SE预处理液体时乙醇得率进一步提高到8529%,同时降低了发酵副反应的发生。     

基于微波液化的木质纤维素组分分离和转化——纤维素组分的理化和酶解性质

【目的】将微波加热与甘油利用相结合的综合炼制工艺用于木质纤维素生物质预处理,探索其在燃料乙醇制备中的可行性,为实现经济可行、经济有效的木质纤维素生物质酶解预处理技术和生物燃料生产提供基础信息。【方法】以银腺杨、日本落叶松、刚竹和柳枝稷为试验材料,采用微波液化法对其进行液化处理,将液化产物分为纤维素、半纤维素和木质素组分,并对纤维素纤维组分进行综合表征。【结果】化学分析结果表明,纤维素纤维具有较高的葡聚糖含量;红外光谱显示,木质素和半纤维素的信号逐渐减弱,说明半纤维素和木质素经液化处理后有效脱除;XRD分析结果表明,纤维素纤维结晶度高、表面积大。【结论】相比原木质纤维素生物质,银腺杨、日本落叶松、刚竹和柳枝稷4种原材料纤维素纤维的酶解糖化效率均有不同程度提升(最高酶解转化率可达70%),液化固体产物--纤维素纤维在制备燃料乙醇中具有广阔的潜力和前景。     

4种木质纤维素预处理方法的比较

采用4种方法对玉米秸秆预处理,研究了不同预处理方法对酶水解性能和可发酵性糖得率的影响,分析了预处理物料主要成分,预水解液中糖组成、碳水化合物降解产物及木质素降解产物含量.100 g玉米秸秆经稀酸、稀酸磨浆、中性蒸汽爆破和稀酸蒸汽爆破预处理、洗涤后,物料中纤维素由37.17g分别降为33.96、33.54、32.63和32.88 g,木聚糖由22.84 g分别降为2.77、2.47、3.56和2.05 g,木质素由18.76 g分别降为17.63、17.42、16.90和17.25 g.稀酸蒸汽爆破预处理物料在底物质量浓度100 g/L、纤维素酶用量20 FPIU/g(以纤维素计,下同)、β-葡萄糖苷酶用量3 IU/g下酶水解48 h,纤维素水解得率为75.91％.玉米秸秆经稀酸蒸汽爆破预处理、纤维素酶水解后可发酵性糖得率为44.93％(以玉米秸秆为基准).     

冰醋酸/双氧水改性竹材物理力学性能及化学成分分析

【目的】为研究不同改性剂配比、冰醋酸浓度、处理时间和温度对竹材的顺纹抗弯强度、顺纹抗拉强度以及硬度的影响,测定其抗弯强度、抗拉强度及硬度改性处理前后变化,以期获得合适的铅笔板处理工艺。【方法】以毛竹(Phyllostachys edulis)为原料,采用冰醋酸与双氧水浸渍处理工艺,针对改性竹材的化学成分变化,通过XRD、FTIR、TG仪器对改性竹材的化学成分及改性效果进行了表征。【结果】改性竹材抗弯强度和抗拉强度分别随处理温度、冰醋酸和双氧水含量的升高而降低,相比于对照组抗弯强度平均降低44.5%,抗拉强度平均降低59.9%,硬度平均降低44.81%;TG和DTG热解峰值温度滞后,残渣率下降,说明内部冰醋酸含量增加,纤维素、半纤维素有部分被分解;经XRD分析表明改性竹材的结晶度下降约1.5%,结晶度随着处理温度的升高有所降低;在1 250～1 377 cm^-1区域的甲基、羧基吸收峰和3 415 cm^-1处羟基吸收峰的增强,表明竹材内部亲水基团增加。【结论】优选改性剂浓度配比为1∶1,处理温度为60℃,处理时间为24 h。     

水煮处理竹材的吸湿性和化学成分研究

【目的】研究水煮处理对竹材吸湿性和化学成分的影响,为竹材改性提供技术参考。【方法】将竹片置于100℃沸水中(竹片和水的质量比为1∶100)水煮处理4 h,利用动态水分吸附仪(DVS)测试水煮处理前后竹材动态水分吸附曲线,采用Hailwood-Horrobin(H-H)模型对测试数据进行拟合,通过扫描电镜(SEM)、化学成分测试、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)等手段分析水煮处理前后竹材的微观形貌、化学成分和结晶区参数。【结果】竹材经水煮处理后,在相对湿度大于50%的环境中,其平衡含水率相对于原竹对照样降低。H-H模型拟合显示,当相对湿度大于35%时,水煮处理竹材的单分子层水含量增加,多分子层水含量显著降低。扫描电镜(SEM)结果表明,水煮处理后竹材薄壁细胞细胞壁发生皱缩现象,细胞壁上微孔减少,多分子层水含量降低。化学组分分析显示,水煮处理使竹材中部分半纤维素发生降解。FTIR分析显示,水煮处理竹材的羟基和羰基含量增多,是其单分子层水含量增多的主要原因。XPS分析显示,水煮处理使竹材中半纤维素发生降解,同时脂肪酸、脂肪、酚类等物质随水分...     

低浓度乙酸预处理玉米芯的工艺研究

以脱除木质素,降解半纤维素为木糖,提高纤维素酶解得率为目的,研究了低浓度乙酸预处理玉米芯的效果,考察了乙酸质量分数、预处理温度和时间对预处理的影响。研究结果表明:质量分数5%乙酸预处理玉米芯可以脱除大部分的半纤维素和少部分木质素,预处理后的玉米芯具有较好的水解效果。低浓度乙酸预处理玉米芯最优条件为:预处理温度160℃,保温时间60 min,乙酸质量分数5%,固液比1∶8(g∶mL)。在此条件下,玉米芯固体渣回收率为53.75%,固体渣中纤维素保留率93.17%,半纤维素脱除率87.36%,木质素脱除率25.04%,预处理液中木糖质量浓度15.56 g/L。预处理后的玉米芯固体经72 h酶解,酶解得率为92.69%。     

油茶枯饼固态发酵技术的研究

对油茶枯饼的脱毒和发酵技术进行了研究.结果表明乙醇对油茶枯饼中的皂素有较高的脱除率，枯饼中的营养成分损失少；黑曲霉、毛霉和117假丝酵母能在脱皂油茶枯饼上正常生长，枯饼固态发酵后，其蛋白质含量有一定程度的提高，提高程度为66.7%～99.7%；平菇、紫木耳能在油茶枯饼中正常生长，而金针菇则生长不正常；紫木耳对枯饼中蛋白的提高程度在各食用菌中最高，为74.2%～110.7%；以毛霉、平菇和紫木耳的一次发酵产品再经117产朊假丝酵母二次发酵，其粗蛋白质含量接近20%，氨基酸组成趋向平衡.     

新疆野苹果内生娄彻氏链霉菌A-m1的鉴定和发酵条件优化及抑菌广谱作用

【目的】研究新疆野苹果内生链霉菌菌株A-m1的分类地位,优化其发酵条件,测定其对多种植物病原物的抑菌活性,明确其广谱抑菌性,为相关病害的生物防治以及该菌株的应用提供参考。【方法】对菌株A-m1菌落培养性状、形态特征、理化性质和16S r DNA序列进行研究;以葡萄座腔菌为靶标菌,确定最高抑菌活性所需的基础培养基,优化碳源和氮源种类,确定最优发酵条件;测定发酵滤液对9种供试植物病原菌的抑菌活性。【结果】菌株A-m1是娄彻氏链霉菌,命名为Streptomyces rochei A-m1。高抑菌活性所需基础培养基为高氏一号,最佳碳源为可溶性淀粉,最佳氮源为硝酸钾;添加培养基体积5%的种子液、发酵温度23～32℃之间、p H 6～8之间、装液量100/500 m L和发酵培养4天为较优的发酵条件。发酵滤液对参试的9株植物病原菌均表现出抑菌活性,具广谱抑菌性;其中对葡萄座腔菌、苹果拟茎点霉的抑菌率可达95%以上,对胶孢炭疽菌、小麦赤霉病菌和小麦纹枯病菌的抑菌率超过80%,表现出强抑菌作用。【结论】链霉菌S.rochei A-m1抑菌谱较广、抑菌活性高,具有防治部分作物真菌性病害的应用潜力。